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Elektronenkonfiguration

Die Elektronenkonfiguration beschreibt, wie Elektronen auf Atomorbitale verteilt sind. Diese Verteilung steht in Verbindung mit den verschiedenen Energiezuständen, die durch Quantenzahlen charakterisiert werden. Erfahre, wie Orbitale aussehen und wie man am Beispiel von Natrium die Elektronenkonfiguration berechnet! Möchtest du mehr erfahren? All dies und vieles mehr findest du im folgenden Text.

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Die Autor*innen
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André Otto
Elektronenkonfiguration
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Elektronenkonfiguration Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Elektronenkonfiguration kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme die korrekt besetzten Orbitale.

    Tipps

    Denke an die Hundsche Regel und an das Pauli-Prinzip.

    Lösung

    Für die Besetzung der Orbitale mit Elektronen gibt es drei Aufbauprinzipien:

    • Die Energieniveaus werden von unten nach oben besetzt.
    • Hundsche Regel: Alle energetisch gleichen Orbitale werden zunächst einfach mit einem Elektron besetzt.
    • Pauli-Prinzip: Die Elektronen eines Orbitals müssen immer einen unterschiedlichen Spin besitzen.
    Das dritte Beispiel verstößt also gegen das Pauli-Prinzip und das vierte Beispiel gegen die Hundsche Regel.

  • Stelle die Elektronenkonfiguration zu folgenden Elementen auf.

    Tipps

    Schau dir an, wo die Elemente im Periodensystem stehen.

    Die Ordnungszahl verrät dir die Gesamtanzahl an Elektronen.

    s-Orbitale können maximal mit zwei Elektronen besetzt werden, die drei p-Orbitale mit maximal 6.

    Du beginnst immer auf dem niedrigsten Energieniveau.

    Lösung

    Im Peridodensystem der Elemente kannst du die Ordnungszahlen der einzelnen Elemente ablesen. Diese verraten dir die Anzahl der Elektronen, die das Atom des Elementes besitzt. Bei Lithium sind es drei Elektronen, bei Kohlenstoff sechs, bei Fluor neun und bei Natrium sind es elf Elektronen.

    Nun beginnst du mit der Besetzung der Orbitale. Dabei wird immer mit dem energetisch niedrigsten Orbital begonnen, also mit dem 1s-Orbital. Das s-Orbital kann maximal zwei Elektronen aufnehmen. In die drei p-Orbitale können maximal sechs Elektronen aufgenommen werden.

  • Beschreibe das Energieniveauschema für Eisen.

    Tipps

    Als erstes werden die energieärmsten Niveaus besetzt.

    In s-Orbitalen befinden sich maximal zwei Elektronen.

    Lösung

    Eisen besitzt 26 Elektronen. Diese werden nun nach aufsteigender Energie in die einzelnen Energieniveaus verteilt. Zuerst also das 1s-Orbital. Ab der zweiten Schale kommen dann zum 2s-Orbital auch noch p-Orbitale dazu. Ab der dritten Schale kommen dann die d-Orbitale hinzu.

    Bemerkenswert ist, dass das 4s-Orbital energetisch unter den 3d-Orbitalen liegt und somit zuerst besetzt wird.

    Entsprechend der Hundschen Regel werden die d-Orbitale erst alle einfach besetzt und nur im ersten d-Orbital befinden sich zwei Elektronen.

  • Bestimme die Elektronenkonfiguration zu folgenden Elementen.

    Tipps

    Beginne immer mit dem niedrigsten Energieniveau.

    Die Ordnungszahl verrät dir die Gesamtanzahl der Elektronen.

    Lösung

    An der Ordnungszahl des Elementes kannst du die Gesamtzahl der Elektronen ablesen. Die Elektronenkonfiguration ergibt sich nun, indem du die Elektronen entsprechend in die Orbitale verteilst. Dabei gehst du immer vom energetisch geringsten weiter zum nächsthöheren Orbital. Das erste Orbital ist das 1s-Orbital.

    Merken solltest du dir, dass das 4s-Orbital unter den 3d-Orbitalen liegt. Es wird also zunächst das 4 s-Orbital besetzt.

  • Erkläre, was die Quantenzahlen angeben.

    Tipps

    Es gibt vier Quantenzahlen:

    • die Hauptquantenzahl n
    • die Nebenquantenzahl l
    • die Magnetquantenzahl m
    • die Spinquantenzahl s
    Was beschreiben diese Zahlen?

    Lösung

    Die Quantenzahlen dienen der Charakterisierung und eindeutigen Identifikation der Elektronen. Sie geben Auskunft über Position und Energie der Elektronen. Dabei hat jedes Elektron seinen ganz eigenen Satz von vier Quantenzahlen (n, l, m, s).

    Die Hauptquantenzahl bestimmt das Energieniveau des Elektrons, die Nebenquantenzahl das Orbital, die Magnetquantenzahl die Ausrichtung des Orbitals und die Spinquantenzahl die Ausrichtung des Elektrons.

  • Bestimme, auf welchem Orbital die Außenelektronen folgender Elemente liegen.

    Tipps

    Nimm dein PSE zur Hand. An welchen Stellen stehen die genannten Elemente?

    Lösung

    Das Peridoensystem ist systematisch aufgebaut. Die Elemente sind aufsteigend nach ihrer Ordnungszahl sortiert. Wenn du dir die Elemente der ersten beiden Hauptgruppen ansiehst, wirst du feststellen, dass ihre Außenelektronen immer in einem s-Orbital liegen. Diese beiden Hauptgruppen werden daher auch s-Block genannt. Calcium ($Ca$) und Cäsium ($Cs$) sind hier zu finden.

    Die Elemente der III.-VIII. Hauptgruppe, dazu gehören Silicium ($Si$), Arsen ($As$) und Selen ($Se$), haben ihre Außenelektronen immer in p-Orbitalen, weshalb diese Hauptgruppen auch zusammenfassend als p-Block bezeichnet werden.

    Die Übergangsmetalle, die du in den Nebengruppen findest, haben ihre Außenelektronen auf den d-Orbitalen. Dieser Block wird auch d-Block genannt. Zink ($Zn$), Kupfer ($Cu$) und Chrom ($Cr$) zählen zu diesen Übergangsmetallen.